Kimia Pangan Materi Kuliah Pokok Bahasan Protein TIK

Kimia Pangan

Materi Kuliah Pokok Bahasan Protein TIK Mahasiswa mampu menjelaskan struktur serta fungsi asam amino dan protein, termasuk enzim Sub Pokok bahasan • Struktur kimia asam amino dan protein • Sifat fisikokimia asam amino dan protein • Klasifikasi protein • Denaturasi protein • Sifat fungsional protein • Enzim (tatanama dan spesifisitas enzim)

• Molekul protein yang dihasilkan sel hidup • Katalis reaksi biokimia reaksi spesifik • Secara molekuler : merupakan protein yang tersusun atas serangkaian asam amino dalam komposisi dan sekuens yang teratur dan tetap membentuk struktur 3 dimensi “Sisi Aktif ” (bag permukaan enzim yang berinteraksi dengan substrat) terdiri dari beberapa asam amino

Cara Kerja Enzim : mempercepat, meningkatkan reaksi kimia www. zoology. ufl. edu/COURSES/PCB 4723/2008 Fall/Osovitz/password/PCB%204732 C_%236_metabolism. ppt -

Sumber Enzim • Plant • Kedelai: lipoksigenase • Animal • Sapi: renin • Microbial sources • Bakteri asam laktat: memproduksi enzim proteolitik membantu degradasi protein keju

How important in food processing? Desirable: • Used in food processing: • Papain tenderizes meat • Amylase/glucoamylase is used in the production of glucose • Proteases in the production of bread • To measure adequacy of processing • Phosphatase in milk pasteurization and catalase and peroxidase in vegetable blanching. Undesirable: • Cause quality changes in food color, texture, flavor and odor during storage and use • Lipases produce rancidity • Polyphenol oxidase results in enzymatic browning • Lipoxigenase produces off-flavor in soymilk

Examples of Several Food Enzymes Food Enzyme Reaction Amylase Hydrolysis of starch Chlorophyllase Changes color of chlorophyll Catalase Decomposition of hydrogen peroxide (H 2 O 2) Glucose oxidase Oxidation of glucose Lactase Hydrolysis of lactose Lipase Hydrolysis of triglycerides Lipoxygenase Oxidation of unsaturated lipid Pectinase Clarification of wines; modification of jam jelly texture Peptidase Hydrolysis of proteins Polyphenol oxidase (PPO) Browning of fruits and vegetables Proteases Elimination of chill haze on cold meat packaging; meat tenderizers Rennet Coagulation of milk protein Sucrase Hydrolysis of sucrose

Bau Langu (Beany Flavor) • Disebabkan enzim lipoksigenase yang aktif dengan penghancuran jaringan • Enzim lipoksigenase menghidrolisa asam lemak tidak jenuh menghasilkan senyawa volatil. • Pencegahan : pemanasan untuk inaktivasi lipoksigenase, p. H rendah untuk penghambatan aktivitas enzim, ekstraksi lemak

Characteristics of starch degrading enzyme Enzymes Sources Hydrolytic activity Products -amylase Humans, animals, plants, m. o. Random from nonreducing end at -1, 4 glycosidic linkage Mixture of glucose, maltose, oligosacharides, and limit dextrins -amylase Humans, some plants, m. o. Stepwise from nonreducing end at alternate -1, 4 glycosidic linkage Maltose and limit dextrins Glucoamylase Humans, animals, m. o. -1, 4 and -1, 6 glycosidic linkages Glucose Limit dextrinase Plants -1, 6 glycosidic linkages Mixture of oligosacharides Isoamylase Microorganisms -1, 6 glycosidic linkages Mixture of oligosacharides Pullunase Microorganisms -1, 6 glycosidic linkages Mixture of oligosacharides Debraching

Pemanfaatan Enzim di industri roti • Adonan roti: kuat dan elastis yang dapat menahan gelembung gas membentuk volume roti yang besar. • Tepung terigu mengandung sedikit gula yang dapat difermentasi (0. 5% mono dan disakarida) tidak cukup untuk proses fermentasi untuk menghasilkan adonan yang baik dan volume roti yang besar. • Ditambahkan -amylase untuk menghasilkan maltosa dari pati terigu digunakan oleh Sacharomyces cereviceae untuk membentuk gas CO 2 dan etanol.

Skema pembuatan sirup fuktosa Pati Singkong & lainnya Pencairan -amylase Sakarifikasi Glukoamilase Sirup dekstrosa Isomerase Isomerasi (dekstrosa fruktosa) Pemurnian Pemekatan Sirup fruktosa (42% fruktosa, 52% dekstrosa, 6% oligosakarida

Reaction Rates in Food as a Function of Water Activity Relative Reaction Rate Zone I 0. 0 Zone I Lipid oxidation Hydrolytic reactions Nonenzymatic browning Mo ld g Y Ba eas row cte t g th ria row gr th ow th Moisture content isotherm y me y z En 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 ivit t c a 0. 5 0. 6 0. 7 Water Activity 0. 8 0. 9 Moisture Content Zone I 1. 0

• Tata Nama Enzim dan Klasifikasi • Berdasarkan sumber enzim (+) in, nama dagang (papain, bromelin, fisin, pankreatin) • Berdasarkan jenis reaksi, jenis substrat atau bentuk yang dihasilkan (+)-ase (lipase, protease) • “International Union of Biochemistry” E. C. (Enzyme Commision) + 4 bilangan (alkohol dehidrogenase E. C. 1. 1) Digit 1 : kelas enzim (6) : oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase Digit 2 : subklas enzim Digit 3 : sub-subklas enzim Digit 4 : Nomor seri enzim pada sub-subklas

Enzim Dalam Pengolahan Pangan • Dua kelompok enzim yang banyak digunakan dalam pengolahan pangan: • Oksidoreduktase • Hidrolase • Yang jarang digunakan dalam pengolahan pangan: • Liase • Ligase

Oxidoreduktase (1) • Enzim yang dapat mengkatalisis reaksi oksidasi atau reduksi suatu bahan. • Yang utama: • Oksidase: mengkatalisis reaksi antara substrat dengan molekul oksigen. • Katalase, peroksidase, tirosinase, asam askorbat oksidase, lipoxidase (lipoxygenase) • Dehidrogenase: enzim yang aktif dalam pengambilan atom hidrogen dari substrat. • Suksinat dehidrigenase: memecah asam glutamat menjadi asam ketoglutarat dan NH 3 • Laktat dehidrogenase: memecah asam laktat menjadi asam piruvat.

Transferase (2) • Enzim yang ikut serta dalam reaksi pemindahan (transfer) suatu radikal atau gugus (AB + C A + CB). • Yang utama: • Fosforilase: memecah ikatan glikosida -1, 4 pati dengan pertolongan ion fosfat membentuk -D-glukosa-1 -fosfat. • Transfosforilase: memindahkan gugus fosfat dari suatu molekul ke molekul lainnya, misal memindahkan gugus fosfat dari ATP kepada heksosa menghasilkan heksosamonofosfat dan ADP.

Transferase (2) • Transaminase: mengkatalisis reaksi antara asam amino dan asam -keto menghasilkan asam amino baru dan asam keto baru. Misal reaksi antara asam glutamat dan asam oksaloasetat menghasilkan asam -ketoglutarat dan asam aspartat. • Transmetilase: mengkatalisis pemindahan gugus metil dari suatu mole-kul ke molekul lainnya. Contoh: memindahkan gugus metil dari metionin kepada asam guanidoasetat membentuk homosistein dan kreatin. • Transasetilase: membentuk molekul bergugus asetil.

Hidrolase (3) • Mengkatalisis reaksi hidrolisis suatu substrat atau pemecahan substrat dengan pertolongan molekul air. • Yang utama: • Lipase: menghidrolisis ikatan ester pada lemak alami menjadi gliserol dan asam lemak. • Glikosidase: menghidrolisis ikatan glikosida • Aminopeptidase (tripsin): menghidrolisis ikatan peptida. • Urease: menghidrolisis urea menjadi amonia dan CO 2.

Liase (4) • Enzim yang aktif dalam pemecahan ikatan C-C dan ikatan C-O dengan tidak menggunakan molekul air. • Yang utama: • Dekarboksilase: memecah ikatan C-C • Karbonat anhidrase: memecah ikatan C-O

Isomerase (5) • Enzim yang mengkatalisis reaksi perubahan konfigurasi molekul dengan cara pengaturan kembali atom-atom dalam molekul substrat, sehingga dihasilkan molekul baru yang merupakan isomer dari substrat, misal merubah aldosa menjadi ketosa. • Yang utama: • Fosfoheksosa isomerase: mengubah glukosa 6 -P (glukosa 6 -fosfat) menjadi fruktosa 6 -P • Fosfomanosa isomerase: merubah glukosa 6 -P menjadi manosa 6 -P

Ligase (6) • Mengkatalisis pembentukan ikatan-ikatan tertentu, misalnya pembentukan ikatan C-O, C-C dan C-S dalam biosintesis ko-enzim A serta pembentukan ikatan C-N dalam sintesis glutamin.

Nomor Kode Enzim (EC) • Terdiri dari 4 digit: • Digit 1: Nomor urut dari salah satu 6 pembagian umum. • Digit 2: Subklas, substrat, atau jenis reaksi • Digit 3: Subklas, jenis reaksi yang lebih detail lagi, biasanya memerlukan NAD dan ko-enzim • Digit 4: nomor seri dalam subklas tersebut.

Pedoman Klasifikasi Enzim • Oksidoreduktase • 1. 1. Bekerja pada gugus -CHOH • 1. 2. Bekerja pada gugus keton atau aldehida • 1. 3. Bekerja pada gugus -CH-CH • 1. 4. Bekerja pada gugus –CH-NH 2 • 1. 5. Bekerja pada gugus –C-NH • 1. 11. Bekerja pada gugus H 2 O 2

Pedoman Klasifikasi Enzim • Tranferase • 2. 1. Pemindahan (transfer) gugus satu carbon seperti metil atau karboksil • 2. 2. Pemindahan gugus aldehida dan keton • 2. 3. Pemindahan gugus asil • 2. 4. Pemindahan gugus glikosil • 2. 5. Pemindahan gugus alkil • 2. 6. Pemindahan gugus nitrogen • 2. 7. Pemindahan gugus yang mengandung fosfor • 2. 8. Pemindahan gugus yang mengandung sulfur

Pedoman Klasifikasi Enzim • Hidrolase • 3. 1. Bekerja pada ikatan ester • 3. 2. Bekerja pada senyawa glikosil • 3. 3. Bekerja pada ikatan ester-tio • 3. 4. Bekerja pada ikatan peptida • 3. 5. Bekerja pada ikatan C-N yang bukan peptida • 3. 6. Bekerja pada ikatan asam anhidrida • 3. 7. Bekerja pada ikatan C-C • 3. 8. Bekerja pada ikatan halida

Pedoman Klasifikasi Enzim • Liase • 4. 1. Bekerja pada –C=C • 4. 2. Bekerja pada –C=O • 4. 3. Bekerja pada C=N • 4. 4. Bekerja pada –C=S • 4. 5. Bekerja pada C-halida

Pedoman Klasifikasi Enzim • Isomerase • 5. 1. Rasemase dan epimerase • 5. 2. Cis-trans isomerase • 5. 3. Oksidoreduktase intramolekul • 5. 4. Transferase intramolekul • 5. 5. Liase intramolekul

Pedoman Klasifikasi Enzim • Ligase • 6. 1. Pembentukan ikatan C-O • 6. 2. Pembentukan ikatan C-S • 6. 3. Pembentukan ikatan C-N • 6. 4. Pembentukan ikatan C-C

Nomenklatur enzim yang penting dalam pengolahan pangan No. EC Nama sistematiknya Nama trivial 1. 1. 3. 4. -D-glukosa: O 2 oksidoreduktase Glukosa oksidase 1. 10. 3. 1 -difenol: 02 oksidoreduktase Katekol oksidase 1. 1. 6 H 2 O 2: H 2 O 2 oksidoreduktase Katalase 1. 1. 7 Donor: H 2 O 2 oksidoreduktase Lipoksigenase/lipoksidase 1. Oksidoreduktase

No. EC Nama sistematiknya Nama trivial 2. 1. 1. 5. -1, 6 -glucan; D-fruktosa 2 glukosil transferase Dekstran sukrase 2. 4. 1. 19 -1, 4 -glukan-4 gliosil transferase Enzim B. macerans 3. 1. 1. 1. Karbolik ester hidrolase Karboksil esterase 3. 1. 1. 3. Gliserol ester hidrolase Lipase 3. 1. 1. 11 Pektin pektil hidrolase Pektin esterase 3. 2. 1. 1. -1, 4 -glukanohidrolase -amilase 3. 2. 1. 2. -1, 4 -glukan maltohidrolase -amilase D-glukosa-6 -fosfat ketol isomerase Glukosa isomerase 2. Transferase 3. Hidrolase 4. Isomerase 5. 3. 1. 9.

Faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim Suhu � Mula-mula dengan meningkat suhu, aktifitas enzim meningkat. Tetapi, pada suhu tertentu, enzim mengalami inaktivasi. � Pada suhu rendah, laju inaktivasi enzim sangat lambat p. H � Aktivitas maksimum: 4. 5 -8. 0 (tergantung jenis enzim) � Pada kisaran p. H di luar kisaran tersebut, umumnya enzim mengalami inaktivasi. Aktivitas air � Pada aw yang rendah, enzim tidak aktif. � Pada aw tinggi, enzim aktif Garam � Kadar elektrolit yang tinggi umumnya mempengaruhi kelarutan protein mempengaruhi aktifitas enzim.

Pengaruh Suhu • Pada suhu rendah, aktivitas enzim lambat. Keaktifan (%) 100 • Aktivitas enzim optimum: 45 -55 o. C 80 • Pada suhu tinggi, laju inaktivasi enzim cepat sekali, sehingga reaksi enzimatik praktis berhenti sama sekali 60 40 20 10 20 30 40 Suhu (o. C) 50 60 70

Pengaruh p. H • Enzim memiliki p. H optimum yang khas, yaitu p. H yang menyebabkan aktivitasnya maksimal. p. H optimum: 4. 5 -8. 0. Laju reaksi p. H optimum • Pada p. H rendah aktivitas enzim rendah. Pada p. H yang lebih tinggi aktivitas enzim menurun. 3 4 5 6 7 8 9 Suhu (o. C) 10 11 12 13 Contoh: Terjadinya browning oleh enzim fenolase dapat dihambat dengan menurunkan p. H larutan sampai p. H 3. 0, sebab p. H optimal fenolase 6. 5

p. H optimum beberapa enzim • • • Pepsin Tripsin Katalase Arginase Fumarase Ribonuklease : 1. 5 : 7, 7 : 7. 6 : 9, 7 : 7, 8

Enzymatic reaction vs aw • At low Aw (<0. 2), freely mobile water is not available to carry out the reaction, and so enzymatic reactions tend to be surpressed in the lower regions of the sorption isotherm. • At high Aw, free water is available for the enzymatic reaction. • For example: lipoxygenase starts to be active after dry soybean (MC=14%) is soaked in water off-flavor

Rate of Enzymatic Reaction in Food as a Function of Water Activity Zone I Relative Reaction Rate Zone I 0. 0 Zone I Moisture content isotherm tiv e ac ity ym Enz 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 Water Activity 0. 8 0. 9 1. 0

Pengaruh Konsentrasi Substrat terhadap kecepatan reaksi enzimatik Pada konsentrasi substrat yang amat rendah, kecepatan reaksi pun amat rendah. Kecepatan reaksi akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi substrat. Pada titik tertentu, peningkatkan konsentrasi substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi (enzim menjadi jenuh oleh substratnya dan tidak dapat berfungsi lebih cepat). Pada saat kecepatan reaksi tidak berubah lagi disebut mencapai kecepatan Maksimum (Vmax)

Pengaruh Konsentrasi Substrat Terhadap Kecepatan Reaksi Enzimatik Kecepatan reaksi Persamaan Michaelis. Menten Vmax V= Vmax [S] KM + [S] Dimana: ½ Vmax V = kecepatan reaksi pada konsentrasi substrat [S] Vmax = kecepatan maksimum Konsentrasi Substrat, M KM = tetapan Michaelis-Menten enzim bagi substrat tertentu

Leoner Michaelis dan Maud Menten mengajukan suatu model, bahwa dalam suatu reaksi enzim selalu terbentuk senyawa peralihan ES. Pembentukan senyawa kompleks ES dari E dan S berlangsung dengan konstanta kecepatan k 1. Kompleks ES kemudian mengalami 2 kemungkinan penguraian yaitu, pertama kembali terurai menjadi E dan S dengan konstanta kecepatan k 2, atau melanjutkan reaksi dengan menghasilkan produk (P) dan E dengan konstanta k 3, dengan asumsi tidak ada P yang dapat diubah lagi menjadi S.

Soal : Hitunglah perubahan konsentrasi substrat yang diperlukan untuk meningkatkan laju reaksi dari 15 % menjadi 75 % dari laju reaksi maksimum, bila laju reaksi mengikuti Hukum Michaelis. Menten Jawab Perubahan konsentrasi S yang dibutuhkan untuk meningkatkan laju reaksi dari V 1→V 2 = 3 Km/0. 1765 Km = 16. 9972 kali 17 kali

Tugas Mandiri • Buat artikel • Aplikasi enzim dalam industri pengolahan pangan yang lain (cara penggunaan, tujuan penggunaan, mutu akhir produk yang diinginkan) : yang diinginkan • Menghilangkan enzim dalam proses pengolahan pangan (mengapa, caranya, mutu akhir produk yang diinginkan): yang tidak diinginkan

Sumber : • Bahan Kuliah Dept ITP Fateta IPB • Bahan Kuliah Dep TIN Fateta IPB